DE19724144C1

DE19724144C1 - Thermal cracker reactor for waste plastics producing solid, liquid and gaseous hydrocarbon(s)

Info

Publication number: DE19724144C1
Application number: DE1997124144
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Rer Nat Gebauer; Guenter Dipl Chem Kurtze; Joachim Dipl Ing Salzmann; Jens-Peter Dipl Ing Jacob
Original assignee: PARAFFINWERK WEBAU GmbH
Current assignee: MITTELDEUTSCHES BITUMENWERK GMBH, 06679 HOHENMOELSEN
Priority date: 1997-06-07
Filing date: 1997-06-07
Publication date: 1998-06-18
Anticipated expiration: 2017-06-08

Abstract

A new reactor thermally de-polymerises or -cracks plastics, especially waste plastic materials. It produces gaseous, fluid and solid hydrocarbons. The outlet for sump product is situated at the base of the reactor. The outlet for cracked products is at the top. The new feature is located high, centrally or low in the reactor, comprising a system of nozzles, directed onto concentric built-in fittings (16).

Description

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur Depolymerisation von Kunststoffen, insbesondere von werkstofflich nicht mehr verwendbaren Altkunststoffen, zur Herstellung gasförmiger, flüssiger und fester Kohlenwasserstoffe.The invention relates to a reactor for the depolymerization of plastics, in particular of used plastics that are no longer usable for the production of gaseous, liquid and solid hydrocarbons.

Zur Depolymerisation von Kunststoffen, insbesondere werkstofflich nicht mehr verwendbarer Altkunststoffe, sind eine Reihe von Vorrichtungen und Reaktoren bekannt geworden, mittels derer die abzubauenden Kunststoffe bis zur Gasphase abgebaut werden können. Neben technologischen Einrichtungen zur Pyrolyse der Kunststoffe mit dem Ziel der Herstellung von Heiz- oder Synthesegas haben sich in letzter Zeit Technologien durchgesetzt, die einen schonenden Abbau der Kunststoffe in wirtschaftlich wertvolle Endprodukte, wie Öle, Paraffin und Wachse, ermöglichen. So ist neben der Anwendung von Extrudertechnologien, die insbesondere zur Verflüssigung der Kunststoffe eingesetzt werden, eine schonende Depolymerisation von Kunststoffen, insbesondere polyolefinischer Herkunft, in Rührkesseln beschrieben worden. Solche Reaktoren können mit unterschiedlichen Medien beheizbar, z. B, durch Elektroheizung, mit flüssigen Heizmedien, wie Thermoöl, ausgeführt sein. Da der Depolymerisierungprozeß jedoch Temperaturen von etwa 400°C erfordert, müssen zur Durchführung dieser Prozesse hohe Energiemengen eingetragen werden. Dabei kann es bei der Anwendung dieser Technologien leicht zur Überhitzung der Kunststoffe und damit zu einer unkontrollierten Spaltung mit unerwünschten Nebenwirkungen, wie z. B. erhöhter Verkokung, kommen, wodurch der Einsatz dieser Technologien durch aufwendige Reinigungsprozesse zeitlich begrenzt ist. Außerdem gestattet der Einsatz von Rührkesseln nur einen chargenweisen Depolymerisationsprozeß.For the depolymerization of plastics, in particular materials that can no longer be used Waste plastics, a number of devices and reactors have become known by means of of which the plastics to be broken down can be broken down into the gas phase. Next technological facilities for pyrolysis of plastics with the aim of producing Heating or synthesis gas have recently become accepted technologies that one gentle degradation of plastics into economically valuable end products such as oils, paraffin and waxes. So in addition to the application of extruder technologies, the used especially for the liquefaction of plastics, a gentle one Depolymerization of plastics, in particular polyolefinic origin, in stirred tanks have been described. Such reactors can be heated with different media, e.g. B, by electric heating, with liquid heating media, such as thermal oil. Since the Depolymerization process, however, requires temperatures of about 400 ° C Carrying out these processes high amounts of energy are entered. It can be with the Applying these technologies easily to overheating the plastics and thus to a uncontrolled cleavage with undesirable side effects, such as. B. increased coking, come, whereby the use of these technologies through complex cleaning processes is limited in time. In addition, the use of stirred kettles allows only one batch Depolymerization process.

Eine kontinuierliche Verfahrensweise zur Depolymerisation von Kunststoffen wird durch den Einsatz von Reaktionsrohren, wie beispielsweise im EP 0474 889 A1 beschrieben, ermöglicht. Aber auch hierbei kann es zu unkontrollierten Spaltvorgängen mit Koksabweichungen kommen, die den Einsatz dieser Technologie zeitlich stark begrenzen.A continuous procedure for the depolymerization of plastics is through the Use of reaction tubes, as described for example in EP 0474 889 A1, enables. But here too there can be uncontrolled splitting processes with coke deviations come that severely limit the use of this technology.

In der DE-PS 43 44 846 ist nun ein Verfahren vorgeschlagen worden, mit dem vorgecrackte flüssige Kunststoffe durch thermische destruktive Destillation in kontinuierlicher Verfahrensweise schonend in vorwiegend feste und flüssige Kohlenwasserstoffe abgebaut werden können. Dabei wird die vorgecrackte Kunststoffschmelze einer mit einer Vakuumkolonne verbundenen Destillationseinheit zugeführt, im Sumpf der Kolonne durch geeignete Heizeinrichtungen abgebaut und die entstandenen Spaltprodukte zur Verhinderung eines weiteren Abbaues aus der Vakuumkolonne abgezogen. Die Anwendung dieser Technologie ist besonders geeignet zur Herstellung von Paraffin durch thermische Depolymerisation von Polyolefinen. Diese Technologie gestattet zwar einen schonenden thermischen Abbau von Kunststoffen, benötigt jedoch auf Grund eines erforderlichen hohen Flüssigkeitsstandes im Sumpf der Destillationskolonne einen hohen Energiebedarf, der sich ungünstig auf die Wirtschaftlichkeit beim Einsatz dieser Technologie auswirkt.In DE-PS 43 44 846 a method has now been proposed with the pre-cracked liquid plastics by thermal destructive distillation in continuous Procedure gently broken down into mainly solid and liquid hydrocarbons can be. The pre-cracked plastic melt becomes one with a Vacuum column connected distillation unit supplied in the bottom of the column suitable heating devices and the resulting fission products to prevent another breakdown is withdrawn from the vacuum column. The application of this Technology is particularly suitable for the production of paraffin by thermal Depolymerization of polyolefins. This technology allows a gentle thermal degradation of plastics, but required due to a high required Liquid level in the bottom of the distillation column has a high energy requirement adversely affects the economy when using this technology.

In der DE-OS 43 33 779 wird eine Vorrichtung zur Behandlung von kohlenwasserstoffhaltigen Stoffen, insbesondere von zu entsorgenden Altstoffen, zur Wiedergewinnung von Rohstoffen aus Rückständen, wie Fehlproduktionschargen, aus Überproduktion u. dgl. in mindestens einem Reaktor vorgeschlagen, wobei durch physikalische und/oder chemische Reaktion andersartige Verbindungen, insbesondere solche mit kürzeren Molekülketten, hergestellt werden sollen. Der Reaktor ist dazu vertikal oder in anderer Form ansteigend angeordnet, unten zur Umgebung hin offen ausgeführt sowie mit Vorrichtungen für die Zu-, Abfuhr und Konditionierung der Atmosphärengase versehen. Eine gezielte Depolymerisation von Altkunststoffen, insbesondere in Kohlenwasserstoffe mit definiertem Kettenlängenbereich ist dieser Vorrichtung nicht möglich.DE-OS 43 33 779 describes a device for the treatment of hydrocarbons Substances, especially waste materials to be disposed of, for the recovery of raw materials from residues, such as incorrect production batches, from overproduction and. Like in at least one Reactor proposed, being different through physical and / or chemical reaction Compounds, especially those with shorter molecular chains, are to be produced. Of the For this purpose, the reactor is arranged vertically or in another form, rising to the bottom designed open and with devices for the supply, removal and conditioning of Provide atmospheric gases. A targeted depolymerization of old plastics, in particular this device is not in hydrocarbons with a defined chain length range possible.

In der DE-PS 44 18 597 wird ein Reaktor zur Behandlung von Kohlenwasserstoffverbindungen beschrieben, mit dem auch kleinere von zu behandelnden Einsatzprodukten wirkungsvoll und wirtschaftlich aufgearbeitet werden können. Dabei kommt eine Reaktionseinheit zum Einsatz, die einen ersten rohrförmigen Abschnitt, dessen erstes Ende mit der Zuflußkammer in Verbindung steht und einem zweiten rohrförmigen Abschnitt aufweist, in den im Bereich seines ersten Endabschnittes das zweite Ende des ersten rohrförmigen Abschnittes mündet und dessen Ende mit der Abflußkammer in Fluidverbindung steht, und bei der der erste und zweite rohrförmige Abschnitt zumindest bereichsweise eine gemeinsame Wand aufweisen. Durch diese Ausgestaltung der Reaktionseinheit sollen geordnete Strömungsverhältnisse für die zu behandelnden Kohlenwasserstoff-Verbindungen geschaffen werden, da der Crack-Prozeß durch die beiden rohrförmigen Abschnitte der Reaktionseinheit erfolgt. Bei vorgegebener Länge der rohrförmigen Abschnitte soll durch die Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit die Verweildauer in der Reaktionseinheit steuerbar sein.In DE-PS 44 18 597 a reactor for the treatment of hydrocarbon compounds described, with which even smaller of products to be treated effectively and can be worked up economically. A reaction unit is used which a first tubular section, the first end with the inflow chamber in Connected and has a second tubular section, in the area of his first end section, the second end of the first tubular section opens out and the Is in fluid communication with the drain chamber, and at which the first and second tubular portion have a common wall at least in regions. By this configuration of the reaction unit is intended to provide orderly flow conditions for the Treating hydrocarbon compounds are created because of the cracking process through the two tubular sections of the reaction unit. At a given Length of the tubular sections should be adjusted by adjusting the flow rate the residence time in the reaction unit can be controlled.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und eine Vorrichtung zu entwickeln, mit der Kunststoffe, insbesondere werkstofflich nicht mehr verwendbare Altkunststoffe, wirtschaftlich vorteilhaft und technisch steuerbar gezielt, insbesondere in Kohlenwasserstoffe mit definiertem Kettlängenbereich, abgebaut werden können.The invention is based on the problem of the disadvantages of the prior art eliminate and develop a device with which plastics, in particular material old plastics that are no longer usable, economically advantageous and technically controllable targeted, especially in hydrocarbons with a defined warp length range can be.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen als Vakuumgefäß ausgebildeten zylindrischen Reaktor gelöst, bei dem im oberen Teil mittig oder im unteren Teil, ein oder mehrere Düsen zur Zuführung, von Kunststoffschmelzen und im Innenraum axial ein oder mehrere beheizbare Prallkörper oder Prallkörpersysteme angeordnet sind. Im unteren Teil des Vakuumgefäßes ist eine Austrittsöffnung (Schleuse, Ventil) zur Entfernung nicht abgebauter, Anteile mit anhaftenden Fremdbestandteilen angeordnet. Im oberen Teil des Gefäßes befindet sich eine Öffnung zur Abführung der entstandenen Spaltprodukte.According to the invention, the object is achieved by a cylindrical vessel designed as a vacuum vessel Reactor solved, in the middle or in the lower part, one or more nozzles for feeding plastic melts and axially one or more heatable ones inside Impact bodies or impact body systems are arranged. In the lower part of the vacuum vessel an outlet opening (lock, valve) for the removal of undegraded parts with adhering foreign components arranged. There is one in the upper part of the vessel Opening for the discharge of the resulting fission products.

Die Außenwandung des Reaktors ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung beheizbar, um Verstopfungen und ein Anbacken flüssiger Produktanteile zu verhindern. Im Zusammenwirken mit dem/den der axial angeordneten und beheizbaren Prallkörpern oder Prallkörpersystemen ist die Möglichkeit zur Regelung einer in engen Grenzen einstellbaren und in diesen Grenzen gleichbleibenden Spalttemperatur zur Herstellung von Spaltprodukten mit definiertem Kettenlängenbereich gegeben.According to a further feature of the invention, the outer wall of the reactor can be heated, to prevent constipation and caking of liquid product parts. in the Cooperation with the / of the axially arranged and heatable impact bodies or Baffle systems is the ability to regulate and adjust within narrow limits within these limits constant gap temperature for the production of split products with given chain length range.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung können die Prallkörper je nach Konsistenz und erforderlicher Verweilzeit des zu depolymerisierenden Einsatzproduktes als Zylinder, Kegel, Kegelstumpf oder Kugel ausgestaltet sein. In besonderen Anwendungsfällen ist es nach einer weiteren Variante der Erfindung von Vorteil, den Prallkörper als beheizbares Prallblech auszuführen. In diesem Fall können ein oder mehrere Prallbleche mittig im Reaktor angeordnet werden. According to further features of the invention, the impact bodies can, depending on the consistency and required dwell time of the feed product to be depolymerized as a cylinder, cone, Be designed as a truncated cone or a ball. In special applications it is after one Another variant of the invention is advantageous, the impact body as a heated baffle to execute. In this case, one or more baffle plates can be centered in the reactor to be ordered.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Boden des Reaktors nach unten und nach innen konisch ausgelegt, wodurch das Ausschleusen von nicht umgesetzten Kunststoffanteilen beschleunigt und ein Absetzen von Rückständen und eingeschleusten nicht umsetzbaren Feststoffen verhindert wird.In a preferred embodiment, the bottom of the reactor is downwards and inwards designed conically, which means that unreacted plastic parts are discharged accelerates and settling of residues and infiltrated not feasible Solids is prevented.

Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Reaktor ist es möglich, eine gezielte steuerbare und schonende Depolymerisation von Kunststoffen durchzuführen. Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Reaktor bei der schonenden Depolymerisation von Polyolefinen zur Herstellung von vorwiegend paraffinischen Kohlenwasserstoffen.With the reactor proposed according to the invention, it is possible to control a controlled and carry out gentle depolymerization of plastics. Preferably, the reactor according to the invention in the gentle depolymerization of polyolefins Manufacture of predominantly paraffinic hydrocarbons.

Die Erfindung ermöglicht darüber hinaus gegenüber dem Stand der Technik eine wesentliche Verringerung von Heizenergie durch einen äußerst geringen Füllstand im Sumpf des Reaktors.The invention also enables an essential over the prior art Reduction of heating energy due to an extremely low level in the bottom of the reactor.

Die Erfindung soll am folgenden Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigenThe invention will be explained in more detail in the following embodiment. The associated Show drawings

Fig. 1 Fließschema Fig. 1 flow diagram

Fig. 2 bis 5 Längsschnitte Fig. 2 to 5 longitudinal sections

Der erfindungsgemäße Reaktor 5 ist als zylindrischer Behälter mit nach unten und oben gewölbten Böden stehend ausgeführt. Der Mantel des Reaktors 5 ist beheizbar. In der Mitte der Reaktorwandung ist ein Düsensystern 4 eingebaut, dessen Düsen zentrisch auf im Reaktor 5 angeordnete beheizbare Einbauten 6 ausgerichtet sind. Am Kopf des Reaktors 5 ist ein Stutzen 7 zur Abführung verdampfter Reaktionsprodukte, am Boden des Reaktors 5 eine Bodenöffhung 8 zum Austrag nicht verdampfter Einsatzprodukte mit anhaftenden Fremdbestandteilen angeordnet.The reactor 5 according to the invention is designed as a cylindrical container with bottoms curved upwards and downwards. The jacket of the reactor 5 can be heated. A nozzle system 4 is installed in the middle of the reactor wall, the nozzles of which are centered on heatable internals 6 arranged in the reactor 5 . At the head of the reactor 5 there is a nozzle 7 for removing evaporated reaction products, and at the bottom of the reactor 5 there is a bottom opening 8 for discharging non-evaporated feed products with adhering foreign components.

Die PE- oder PP-Schmelze gelangt gem. Fig. 1 mittels einer Rohrleitung 1 zu einer Pumpenvorlage 2, von der sie mittels Pumpe über das Düsensystem 4 in den Reaktor 5 gefördert wird. The PE or PP melt arrives according to Fig. 1 by means of a pipeline 1 to a pump template 2 , from which it is pumped into the reactor 5 via the nozzle system 4 .

Die durch das Düsensystern 4 fein versprühte PE- oder PP-Schmelze prallte auf die beheizten Einbauten 6 im Reaktor 5 und wird dort abgebaut, wobei die abgebauten Bestandteile schlagartig verdampfen. Die Einbauten 6 bestehen hierbei aus einer schräg angestellten beheizten Platte, deren Oberfläche platt ist. Durch das angelegte Vakuum wird das verdampfte Produkt über den Stutzen 7 im Kopf des Crackers abgezogen und einer destillativen Verarbeitung zugeführt.The PE or PP melt sprayed finely by the nozzle system 4 crashed into the heated internals 6 in the reactor 5 and is broken down there, the degraded components evaporating suddenly. The internals 6 consist of an inclined heated plate, the surface of which is flat. Due to the applied vacuum, the vaporized product is drawn off through the nozzle 7 in the head of the cracker and fed to a distillation process.

Die nicht verdampfte PE- und PP-Schmelze wird über die Bodenöffhung mittels einer Pumpe 9 aus dem Cracker ausgetragen und in die Pumpenvorlage 2 zurückgeführt. Über eine Standregelung kann im Sumpf des Reaktors 5 der Füllstand konstant gehalten werden.The non-evaporated PE and PP melt is discharged from the cracker via the bottom opening by means of a pump 9 and returned to the pump receiver 2 . The fill level in the bottom of the reactor 5 can be kept constant via a level control.

Die Verweilzeit des verdampften Produktes wird durch die Geometrie der Einbauten 6 und durch die Höhe des Vakuums variiert. So ist es vorteilhaft weiterer Ausführungsformen der Einbauten 6 und gewünschter Verweilzeit die gemäß Fig. 1 vorgeschlagenen Einbauten 6 mit einer gewellten oder profilierten Oberfläche zu versehen. Auch ist es vorteilhaft, gemäß Fig. 2 mehrere senkrecht nebeneinanderstehende beheizte Platten mit zwischen diesen angeordneten oder gemäß Fig. 3 mehrere nebeneinandergestellte beheizte Platten, deren Anstellung von Ebene zu Ebene wechselt, anzuwenden. Analoge Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich bei Einbauten 6, die aus einem runden bzw. annähernd runden beheizten Körper (Fig. 4) oder aus einem kegeligen beheizten Körper mit einer Steilheit des Kegels von 40 bis 70 Grad (Fig. 5) bestehen.The residence time of the vaporized product is varied by the geometry of the internals 6 and by the level of the vacuum. It is therefore advantageous to provide further embodiments of the internals 6 and the desired dwell time for the internals 6 proposed according to FIG. 1 with a corrugated or profiled surface. It is also advantageous, according to FIG. 2, to use a plurality of heated plates which are arranged vertically next to one another with heated plates arranged between them, or, according to FIG . Analogous application possibilities arise with internals 6 , which consist of a round or approximately round heated body ( FIG. 4) or a conical heated body with a steepness of the cone of 40 to 70 degrees ( FIG. 5).

Reference list

11

- Rohrleitung
- pipeline

22nd

- Pumpenvorlage
- Pump template

33rd

- Pumpe
- pump

44th

- Düsensystem
- nozzle system

55

- Reaktor
- reactor

66

- Einbauten
- internals

77

- Stutzen
- Support

88th

- Bodenöffhung
- bottom opening

Claims

1. Reactor for the depolymerization of plastics, in particular old plastics, for the production of gaseous, liquid and solid hydrocarbons with an outlet opening for the bottom product at the reactor bottom and an outlet opening for the gap product at the top of the reactor, characterized in that within the reactor ( 5 ) in A nozzle system ( 4 ) is arranged in the upper part, in the middle or in the lower part, which is aligned with centrally arranged internals ( 6 ).

2. Reactor according to claim 1, characterized in that the internals ( 6 ) have a cylindrical shape.

3. Reactor according to claim 1, characterized in that the internals ( 6 ) are conical.

4. Reactor according to claim 1, characterized in that the internals ( 6 ) have a truncated cone shape.

5. Reactor according to claim 1, characterized in that the internals ( 6 ) are spherical.

6. Reactor according to claim 1, characterized in that baffles are used as internals ( 6 ).

7. Reactor according to claim 1 to 6, characterized in that the internals ( 6 ) have a corrugated or profiled surface.

8. Reactor according to claim 1 to 7, characterized in that the internals ( 6 ) are heatable.

9. Reactor according to claim 1, characterized in that the reactor ( 5 ) is heatable.

10. Reactor according to claim 1 to 9, characterized in that the bottom of the reactor ( 5 ) is designed conically downwards and inwards.